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Poster De Conférence Année : 2023

Study in microcosms of the evolution of the genetic and phenotypic diversity of a marine microbial community exposed to different pollutants

Résumé

The preservation of the oceans is a major challenge for the 21st century. In 2000, the Water Framework Directive harmonised European regulations on water management in order to protect and restore the good status of aquatic ecosystems, including the marine environment and coastal zones [1]. To carry out a diagnosis and complement physico-chemical analyses, toxicity measurements are carried out using a biological approach. Bioindicators are used to assess the effects of exposure to a toxicant on living organisms [2]. In this case, bacterial tests appear to be relevant [3][4]. However, the tests currently available can only determine overall toxicity via the response of a single bacterial organism. This implies that the response of one organism to a given exposure is extrapolated and generalised to a much more complex bacterial community. There is therefore a real lack of representativeness of the impact of pollution on the indigenous microbial community. We therefore investigated the evolution of the genetic and phenotypic diversity of a marine microbial community from the Roscoff Biological Station (Finistère, France) exposed to various toxic substances. For 30 days, the microbial community was exposed to various pollutants characteristic of the marine ecosystem, namely anthracene, benzene, copper chloride, chlorpyrifos and perfluorooctanoic acid (PFOA) [5][6], using microcosm experiments. The evolution of genetic diversity was studied using a new-generation sequencing protocol including amplification of the 16S V4-V5 region with primers 515F/806R according to the protocol of Parada et al. (2016)[7]. For taxonomic detection, OTUs were compared with the SILVA database using the BLAST tool. The OTUs were classified according to the abundance criterion by considering alpha and beta diversity. The phenotypic evolution of the environmental inoculum and the different conditions was then studied using Biolog®'s Phenotype Microarrays for Microbial Cells technology. In this way, it is possible to demonstrate a loss of phenotypic expression of the initial environmental inoculum on biogeochemical cycles (metabolisation of carbon, nitrogen and phosphorus) following exposure to pollution, and therefore to assume a change in the balance of the indigenous community. [1] Directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau. Journal Officiel du 22 décembre 2000, p.1-73. [2] M. H. Depledge et M. C. Fossi, "The role of biomarkers in environmental assessment (2). Invertebrates", Ecotoxicology, vol.3, no 3, p.161-172, sept.1994, doi: 10.1007/BF00117081 [3] S. Joueanneau, M.J.Durand, A.Assaf, M.Bittel, G. Thouand, "Bacterial Bioreporter Applications in Ecotoxicology: Concepts and Practical Approaché, Microbial Ecotoxicology, C. Cravi-Laureau, C. Cagnon, B.Lauga, R. Duran Ed. Cham: Springer International Publishing, 2017, p.283-311. Doi: 10.1007/978-3-319-61795-4_12 [4] V. Kokkali et W. van Delft, « Overview of commercially available bioassays for assessing chemical toxicity in aqueous samples », TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 61, p. 133‑155, oct. 2014, doi: 10.1016/j.trac.2014.08.001. [5] Vikas, M., Vikas, M., & Dwarakish, G. S. (2015). Coastal Pollution: A Review. Aquatic Procedia, 4, 381‑388. doi: 10.1016/j.aqpro.2015.02.051 [6] Waldichuk, M. (1977). Control of marine pollution: An essay review. Ocean Development & International Law, 4(3), 269‑296. doi: 10.1080/00908327709545594 [7] A. E. Parada, D. M. Needham, J. A. Fuhrman, "Every base matters: assessing small subunit rRNA primers for marine microbiomes with mock communities, time series and global field samples: Primers fir marine microbiome studies", Environ Microbiol, vol.18, no 5, p.1403-1414, mai 2016, doi: 10.1111/1462-2920.13023
La préservation des océans est un enjeu majeur du 21ème siècle. En 2000, la Directive Cadre sur l'Eau a harmonisé les réglementations européennes concernant la gestion de l'eau afin de protéger et de restaurer le bon état des écosystèmes aquatiques, y compris le milieu marin et le littoral [1]. Pour effectuer un diagnostic et compléter les analyses physico-chimiques, les mesures de toxicité sont effectuées avec une approche biologique. Pour cela, des bioindicateurs sont utilisés pour évaluer les effets d'une exposition à un toxique sur le vivant [2]. En l'occurrence, les tests bactériens semblent être pertinents [3][4]. Toutefois, les tests proposés aujourd'hui ne permettent de déterminer la toxicité globale uniquement via la réponse d'un seul et unique organisme bactérien. Cela sous-entend que la réponse d'un organisme suite à une exposition donnée est extrapolée et généralisée pour une communauté bactérienne beaucoup plus complexe. Il y a alors un réel manque de représentativité des impacts de pollution sur la communauté microbienne autochtone. Nous nous sommes donc posés la question de l'évolution de la diversité génétique et phénotypique d'une communauté microbienne marine issue de la Station Biologique de Roscoff (Finistère, France) exposée à différents toxiques. Durant 30 jours, la communauté microbienne a été exposée à différents polluants caractéristiques de l'écosystème marin, à savoir l'anthracène, le benzène, le chlorure de cuivre, le chlorpyrifos et l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) [5][6] grâce à la mise en place d'une expérimentation en microcosmes. L'évolution de la diversité génétique a été étudiée grâce à un protocole de séquençage de nouvelle génération comprenant l'amplification des région V4-V5 du 16S avec les amorces 515F/806R selon le protocole de Parada et al. (2016)[7]. Pour la détection taxonomique, les OTU ont été comparées avec la base SILVA en utilisant l'outil BLAST. Les OTU ont été classées selon le critère d'abondance en considérant la diversité alpha et beta. Puis l'évolution phénotypique de l'inoculum environnemental et des différentes conditions est étudiée grâce à la technologie Phenotype Microarrays for Microbial Cells de Biolog®. Ainsi, il est possible de mettre en évidence une perte quant à l'expression phénotypique de l'inoculum environnemental initial sur les cycles biogéochimiques (métabolisation du carbone, de l'azote, du phosphore) suite à une exposition polluante et donc de supposer à une modification de l'équilibre de la communauté autochtone. [1] Directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau. Journal Officiel du 22 décembre 2000, p.1-73. [2] M. H. Depledge et M. C. Fossi, "The role of biomarkers in environmental assessment (2). Invertebrates", Ecotoxicology, vol.3, no 3, p.161-172, sept.1994, doi: 10.1007/BF00117081 [3] S. Joueanneau, M.J.Durand, A.Assaf, M.Bittel, G. Thouand, "Bacterial Bioreporter Applications in Ecotoxicology: Concepts and Practical Approaché, Microbial Ecotoxicology, C. Cravi-Laureau, C. Cagnon, B.Lauga, R. Duran Ed. Cham: Springer International Publishing, 2017, p.283-311. Doi: 10.1007/978-3-319-61795-4_12 [4] V. Kokkali et W. van Delft, « Overview of commercially available bioassays for assessing chemical toxicity in aqueous samples », TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 61, p. 133‑155, oct. 2014, doi: 10.1016/j.trac.2014.08.001. [5] Vikas, M., Vikas, M., & Dwarakish, G. S. (2015). Coastal Pollution: A Review. Aquatic Procedia, 4, 381‑388. doi: 10.1016/j.aqpro.2015.02.051 [6] Waldichuk, M. (1977). Control of marine pollution: An essay review. Ocean Development & International Law, 4(3), 269‑296. doi: 10.1080/00908327709545594 [7] A. E. Parada, D. M. Needham, J. A. Fuhrman, "Every base matters: assessing small subunit rRNA primers for marine microbiomes with mock communities, time series and global field samples: Primers fir marine microbiome studies", Environ Microbiol, vol.18, no 5, p.1403-1414, mai 2016, doi: 10.1111/1462-2920.13023
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-04196502 , version 1 (05-09-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04196502 , version 1

Citer

Eva Delaunay, Sulivan Jouanneau, Marie-José Durand Thouand, Gérald Thouand. Study in microcosms of the evolution of the genetic and phenotypic diversity of a marine microbial community exposed to different pollutants. Colloque annuel de la Société d'Ecotoxicologie Fondamentale et Appliquée (SEFA), Jul 2023, Le Havre, France. ⟨hal-04196502⟩
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